Описание экспериментальной установки и метод измерения

Принципиальная схема измерительной установки показана на рис. 3. Туннельный диод D_T, выпрямляющий диод D, делитель напряжения (сопротивления R₁, R₂, R₃) и сопротивление R₄ спаяны на панели. В качестве туннельного диода могут быть использованы диоды из арсенида галлия (например, АИ101А, АИ101Б и другие) и германия (например, ГИ305А, ГИ305Б и др.). От звукового генератора ГЗ сигнал через делитель напряжения поступает на туннельный диод и сопротивление R₄ .Схема работает в двух вариантах.

Впервом варианте ключ К замыкается на клемму 1. Тогда сигнал от генератора поступает на туннельный диод и сопротивление R₄через делитель напряжения R₁-R_3.Напряжение с туннельного диода подается на X-пластины (вертикальные, рис.3) осциллографа С1-5. Через сопротивление R₄ течет такой же ток, как и через диод D. Этот ток пропорционален напряжению на сопротивлении R. Напряжение с сопротивления Rподается на Y-пластины (горизонтальные, рис.3) осциллографа . В результате на экране осциллографа будет наблюдаться зависимость тока, текущего через туннельный диод, от приложенного к нему напряжения, т.е. ВАХ туннельного диода.

Во втором варианте ключ К замыкается на клемму 2. Тогда сигнал от генератора поступает на туннельный диод и сопротивление R₄ через делитель напряжения R₂—D—R_3.. Выпрямляющий диод D пропускает сигнал в прямом направлении. С диода D_T и сопротивления R₄ сигнал подается на осциллограф, так же как и в первом варианте. С помощью этой схемы на осциллографе наблюдается только прямая ветвь ВАХ туннельного диода.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с принципиальной схемой измерительной установки, представленной на рис. 3, и указаниями к работе на стенде. До момента проведения измерений ключ К должен находиться в положении «Выключено»!

Подготовка осциллографа к работе2

2. Включите питание осциллографа, прогрейте 2-3 минуты, проверьте действие ручек управления лучом (яркость, фокусировка, смещение по осям Х и У).

3. Ручку «Род синхронизации» поставьте в положение «Внешняя», а «Делитель напряжения» в положение 1:1.

4. Ручку «Род работы» поставьте в положение «Усиление».

5. Ручки “Усиление” и “Синхронизация” установите в крайнее правое положение.

6. На задней панели осциллографа поставьте две правые колодки, соединяющие вход Y-усилителя с Y-пластинками, и две левые колодки, соединяющие вход X-усилителя с X-пластинами.

Подготовка звукового генератора к работе

7. Подключите генератор к сети, прогрейте 5 минут.

8. Поставьте ручку «Выходное сопротивление» в положение, соответствующее нагрузке 50 60 0м.

9. Внимание!!! Выходные клеммы генератора отсоедините от земли!

10. Установите частоту 1-2 кГц.

11. Соберите схему согласно рис.3.

12. Внимание! Перед включением установки выходное напряжение уменьшите до нуля. При подаче на вход установки напряжения больше 10 В может сгореть туннельный диод.

13. Подайте напряжение на вход установки. Для этого включите ключ К в положение 2 и ручкой, регулирующей напряжение на генераторе, установите 8 В. На экране появится изображение прямой ветви вольтамперной характеристики (ВАХ).

14. Ручкой “Смещ. Y” совместите начальную точку ВАХ с горизонтальной осью. Затем ручками “Синхронизация” и “Смещ.X” добейтесь того, чтобы начало ВАХ совпадало с началом координат (0,0) на координатной сетке, приставленной к экрану осциллографа (взять у лаборанта), а напряжение, соотвествующее минимальному току Uв, соответствовало по горизонтальной шкале 25 мм. При этих условиях цена одного деления (1мм) по горизонтальной оси будет равна 0,02 В, а по вертикальной - 0,1 мA.

15. Полученную на экране осциллографа прямую ветвь ВАХ туннельного диода зарисуйте.

16. Получите на экране осциллографа полную ВАХ туннельного диода, включив для этого ключ К в положение 1.

17. Определите по масштабной сетке значения величин i_п, i_в, U, Uи Uпо осям X и Y.

18. Определите отношение i/i.

19. Определите по формуле (2) значения (положения) уровней Ферми относительно дна зоны проводимости и потолка валентной зоны. Если отсчет энергии вести от уровня Ферми , то при U=U, очевидно, будетE_F = eU(см. рис.1в). Измерив значение Uпо осциллограмме, можно рассчитать, т.е. значение уровня Ферми. Аналогичные рассуждения проводятся для определения значения уровня Ферми. Результаты этой серии измерений и расчетные данные занесите в таблицу 1.